Razvojni status in napredek raziskav tehnologije predelave plastičnih mas

Tehnologija predelave plastičnih mas se sooča s korenito preobrazbo od tradicionalnih procesov k inteligentnim, zelenim in visoko natančnim smernicam. Naslednja analiza je izvedena s treh vidikov: tehnološko stanje, vrhunski napredek in ključni izzivi:

1. Trenutno stanje tehnološkega razvoja

1. Nenehna optimizacija tradicionalne tehnologije oblikovanja

Brizganje: oprema, ki predstavlja več kot 35 % obsega predelave plastike, se razvija v smeri visoke hitrosti in natančnosti. Na primer, inteligentni stroj za brizganje Yizhimi UN160A6 dosega dinamično optimizacijo procesnih parametrov prek sistema MES, s stopnjo kvalifikacije izdelka nad 99 %. Tehnologija brizganja s pomočjo plina (kot je brizganje odbijačev BMW) lahko zmanjša silo zaklepanja kalupa za 40 % in porabo materiala za 15–20 %.

Ekstruzijsko brizganje: Tehnologija reakcijske ekstruzije združuje polimerizacijo in brizganje, kot je na primer proizvodna linija za ekstruzijo z neprekinjeno polimerizacijo DuPont Nylon 6, kar poveča proizvodno zmogljivost za 30 %. Natančna ekstruzija lahko nadzoruje toleranco premera cevi v območju ± 0,05 mm z zaprto zanko povratne zanke.

Pihanje: S tridimenzionalno tehnologijo ekstruzijskega pihanja z negativnim tlakom (kot je dvoslojna ekstruzija Culus) je mogoče izdelati kompleksne strukturirane posode, raztezno pihanje pa naredi PET steklenice odporne na notranji tlak do 3,5 MPa.

2. Celovita uvedba inteligentne proizvodnje

Medsebojna povezava naprav: Senzorji interneta stvari zbirajo več kot 300 parametrov v realnem času, kar skrajša nenormalni odzivni čas z nekaj ur na 90 sekund. Na primer, določena proizvodna linija za avtomobilske dele prek omrežij 5G doseže sodelovanje med stroji za brizganje plastike, robotskimi rokami in opremo za nadzor kakovosti, kar zmanjša porabo energije za 15 %.

Poganja ga umetna inteligenca: Modeli strojnega učenja napovedujejo optimalne parametre brizganja, kar zmanjša število poskusnih kalupov za 60 %; vizualni algoritem prepozna 0,02 mm varilne linije s stopnjo natančnosti 99,7 %. Inteligentni procesni sistem Yizhimi je bil uporabljen v podjetjih, kot sta Midea in Hisense, s 40-odstotnim povečanjem učinkovitosti odpravljanja napak v procesu.

Digitalni dvojček: Optimizacija razporejanja modela virtualne proizvodne linije, s čimer se je čas menjave kalupov skrajšal za 23 %. Neko podjetje za gospodinjske aparate je izboljšalo stabilnost izdelka za 50 % z dinamičnim kompenziranjem sprememb temperature in vlažnosti okolja.

3. Preboj v zeleni proizvodni tehnologiji

Predelava bioplastike: Bioplastika BH, pripravljena s tehnologijo mešane mikro biomase (kot so bombažna vlakna in lupina cvetnega prahu), ima natezno trdnost 52,22 MPa, se lahko obdeluje z vodo in se popolnoma razgradi v 6 mesecih. Vendar pa je treba problem slabe plastifikacije (kot so netopljeni delci zaradi neustreznega nadzora temperature) še vedno rešiti z optimizacijo polža (kot je dodajanje mešalnih odsekov).

Recikliranje: Tehnologija obdelave z mikrovalovnim sevanjem omogoča depolimerizacijo in regeneracijo odpadne plastike. Svetlobno strjevalno 3D-tiskalno smolo, ki jo je razvila Univerza Zhejiang, je mogoče reciklirati v nedogled, stopnja ohranjanja mehanskih lastnosti po recikliranju pa presega 90 %. Vendar so stroški sortiranja plastike po porabi visoki, saj trenutno le 12 % doseže učinkovito recikliranje.

2. Napredek na področju pionirskih raziskav

1. Tehnologija obdelave v ekstremnem obsegu

Ultra tanko oblikovanje: Večstopenjska tehnologija prekinjenega raztezanja (SAMIS), ki jo je razvila ekipa Fu Qianga na Univerzi v Sečuanu, zmanjša debelino polietilenske folije na 12 nanometrov (teoretična meja), z razmerjem med dolžino in debelino 10 ^ 7 in natezno trdnostjo 113,9 GPa/(g/cm³), kar se uporablja za podporne materiale za vžig jedrske fuzije.

Mikroporozno penjenje: MuCell™ Postopek tvori mikroporozno strukturo s premerom 10–100 μm v PC, kar zmanjša težo za 30 %, hkrati pa ohrani udarno trdnost. Uporabljen je bil v notranjosti Tesle Model 3.

2. Inovacije v novih postopkih oblikovanja

Predelava plastike z vodo: Tehnologija faznega ločevanja z vodo, ki jo je razvila ekipa Univerze Donghua, omogoča reverzibilno pretvorbo plastike med stanjem nizke hidratacije (steklasto stanje, σ b = 211,2 MPa) in stanjem visoke hidratacije (stanje testa, preoblikovano pri sobni temperaturi), s čimer prebije temperaturne omejitve tradicionalne predelave plastike.

UV-strdljivo 3D-tiskanje: Ekipa pod vodstvom Xie Tao z Univerze Zhejiang je odkrila reakcijo foto-klik na osnovi tiolnega aldehida in razvila reciklirano UV-strdljivo smolo z natezno trdnostjo do 150 MPa, s čimer je rešila problem, da tradicionalni 3D-tiskalni materiali niso reciklirni.

3. Oblikovanje funkcionalnih materialov

Optična obdelava COC: Cikloolefinski kopolimer (COC) se proizvaja s preciznim brizganjem (nadzor temperature kalupa ± 0,1 ℃) za izdelavo optičnih leč s prepustnostjo 91 % -93 % in meglico <0,1 %. Nadomestil je nekaj stekla za module kamer mobilnih telefonov.

Inteligentni odzivni material: Termokromna poliimidna folija se oblikuje z valjanjem, kar zmanjša njeno prepustnost z 85 % na 15 % pri 60 ℃ in se uporablja za energetsko varčna okna v pametnih stavbah.

3. Ključni izzivi in prihodnje smeri

1. Ključna tehnična ozka grla

Predelava biološke plastike: PLA in druge materiale je treba obdelovati pri temperaturi 170–230 ℃, saj so nagnjeni k oksidaciji in razgradnji, ter jim je treba dodati 0,3–0,5 % antioksidantov (kot je IrgaNOx 1010). Napake izdelka, ki jih povzroča slaba plastifikacija (kot je hrapavost površine 7,94 μm), je treba še vedno odpraviti z optimizacijo kombinacije vijakov (kot je dodajanje pregradnih segmentov).

Mikro nano oblikovanje: Na natančnost replikacije nanoskalnih struktur (kot so 50 nm rešetke) vpliva elastičnost taline, strižno hitrost pa je treba nadzorovati nad 10^4 s^-1, da se zmanjša elastični povratek.

Krožno gospodarstvo: Nizka učinkovitost sortiranja plastike po porabi (stroški ročnega sortiranja znašajo 0,8 USD/kg), kar zahteva razvoj sistema vizualnega sortiranja z umetno inteligenco (natančnost prepoznavanja 98 %) in tehnologije kemičnega recikliranja (kot je čistost depolimerizacije PET 99,9 %).

2. Trendi prihodnjega razvoja

Inteligentna globoka integracija: robno računalništvo omogoča opremi sprejemanje lokalnih odločitev (kot je odzivni čas napovednega vzdrževanja < 1 sekunda), tehnologija veriženja blokov pa omogoča sledljivost surovin in končnih izdelkov skozi celoten njihov življenjski cikel.

Preboj na področju bioloških materialov: Hibridna tehnologija so-sestavljanja v mikro obsegu (kot je celuloza + lignin) se lahko uporablja za pripravo bioplastike z natezno trdnostjo 60 MPa, tržni delež pa naj bi do leta 2030 dosegel 15 %.

Uporaba v ekstremnih okoljskih razmerah: tehnologija brizganja PEI (polieterimida), ki lahko prenese temperature nad 200 ℃ (temperatura kalupa 180 ℃, tlak zadrževanja 120 MPa), bo razširjena na prozorne komponente v letalski in vesoljski industriji.

4. Analiza tipičnega primera

1. Inteligentna tovarna za brizganje plastike

Digitalna proizvodna linija, ki jo je uvedlo določeno podjetje za gospodinjske aparate, dosega izboljšanje kakovosti in učinkovitosti z naslednjimi tehnologijami:

Oprema: 48-komorna, priključena vodna pokrovna visokohitrostna proizvodna enota (cikel 2,7 sekunde), integriran tlačni senzor (natančnost ± 0,1 MPa) in vizualni pregled (ločljivost 0,01 mm).

Sistemska plast: Modeli digitalnih dvojčkov simulirajo različne sheme razporejanja proizvodnje, kar skrajša čas preklapljanja kalupov z 2 ur na 45 minut in porabo energije za 15 %.

Aplikacijska plast: Algoritem umetne inteligence analizira več kot 3 milijone nizov zgodovinskih podatkov, napoveduje optimalne parametre vbrizgavanja (kot je nihanje temperature taline lepila ± 1 ℃) in zmanjša stopnjo napak s 3 % na 0,5 %.

2. Industrializacija bioloških materialov

BH Bioplastika: Material, pripravljen z združevanjem bombažnih vlaken (30 %) z lupinami cvetnega prahu, z natezno trdnostjo 52,22 MPa. Lahko se obdeluje in oblikuje v vodi pri 25 ℃, s stopnjo razgradnje tal 100 % po 6 mesecih, vendar so proizvodni stroški 20 % višji kot pri PP.

Obdelava PLA posode: Za zmanjšanje upogibanja je treba nadzorovati temperaturo kalupa na 50–70 ℃ in čas hlajenja na 8–12 sekund. Trenutno le 12 % izdelkov PLA po vsem svetu vstopi v industrijske kompostarne.

5. Povzetek

Tehnologija predelave plastike za brizganje je inovativna vzdolž celotne verige uporabe opreme za procesiranje materialov: molekularna zasnova (kot je dinamična kovalentna vezava), inovacije procesov (kot je brizganje z več polji), nadgradnja opreme (kot so magnetoreološki stroji za brizganje) in širitev aplikacij (kot je fleksibilna elektronska embalaža) predstavljajo štiri glavne točke tehnoloških prebojev. V naslednjem desetletju bo predelava plastike z globoko integracijo umetne inteligence, biotehnologije in proizvodne tehnologije sprostila večji potencial na področjih, kot so lahka teža, funkcionalna integracija in ogljična nevtralnost. Hkrati je treba prebiti tri glavna ozka grla: stabilnost predelave bioloških materialov, natančnost replikacije mikro/nano struktur in stroški krožnega gospodarstva.